propostade jogo educacionalpara o ensinode sistematica´ filogenetica´ · 2017. 3. 16. ·...

Proposta de Jogo Educacional para o Ensino de Sistematica Filogenetica

Helano M. B. F. Portela∗ Derek R. Martins† Fandson S. Morais‡ Jose´ W. P. Luz§

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Maranhão, Departamento de Ciência da Computação, Brasil

RESUMO

A abordagem essencialista no ensino da biologia, onde o conceito epassado de forma simplificada, e um problema notavel da educacaoatual. Isso faz com que os alunos nao consigam estabelecer relacoesentre os conceitos estudados, o que dificulta o entendimento e, con-sequentemente, a aprendizagem do estudante. A Sistematica Filo-genetica e um metodo que classifica como as especies evoluıram aolongo do tempo e e de suma importancia para entender a biologiacomo um todo. A introducao dos jogos eletronicos na educacaopode potencializar e criar condicoes que favorecam um aprendi-zado mais envolvente e significativo, portanto, positivo, modifi-cando o modo como os professores estao habituados a ensinar eos alunos a aprender. Phylogenesis e uma proposta de jogo educa-tivo para servir como ferramenta de auxilio no ensino da biologia,mais especificamente em fundamentos de evolucao e sistematica fi-logenetica. Este trabalho apresenta a descricao do design do jogo,a historia do jogo, cenario, enredo, tematica, desafio principal e de-safios secundarios. Gameplay, como funciona a mecanica do jogo.Descricao dos personagens e a metodologia usada para idealizacaodas especies que interagem com o personagem com base nos con-ceitos biologicos e os fenomenos naturais ou artificiais que as ge-raram. Por fim, sao apresentados os resultados parciais e licoesaprendidas no decorrer das etapas realizadas.

Palavras-chave: Educacao, Jogos Digitais, Biologia, Filo-genetica.

1 INTRODUCAO

Um problema facilmente verificavel no ensino de Biologia e a suaabordagem essencialista, que em grande parte e conflitante com oque e aceito pela comunidade cientıfica. O essencialismo, nessasituacao, com conotacao memorialıstica e destituıda de abordagemhistorica, tendo por objetivo passar o conhecimento de forma sim-plificada, o que faz com que os alunos nao consigam estabelecerrelacoes entre os conceitos estudados, dificultando o entendimentoe, consequentemente, a aprendizagem do estudante. Assim o ensinode biologia vem se baseando em um paradigma da simplificacao ea criacao de macetes para memorizar conceitos fragmentados paraos vestibulares [8] [15].

Segundo Stephen [17] a biologia evolutiva e uma larga abor-dagem, bem desenvolvida para a interpretacao da diversidadebiologica. Parte desse campo estuda como a selecao natural pro-duz a adaptacao e a outra parte estuda o que a genealogia e as fi-logenias nos dizem sobre as relacoes biologicas. De acordo coma evolucao gera-se uma arvore ramificada que descreve as relacoesentre especies. A Sistematica Filogenetica tenta desvendar a estru-tura dessa arvore, a partir do modo que essa relacao ocorreu e comoela interferiu na nossa interpretacao biologica desses organismos,

∗e-mail: [email protected]†e-mail: [email protected]‡e-mail: [email protected]§e-mail: [email protected]

o seu ensino e imprescindıvel para a formacao do senso crıtico emrelacao aos conhecimentos adquiridos, utilizando a evolucao comouma linha de raciocınio que permite um melhor entendimento daBiologia, visto que, para Bernardi apud Amorim [2], a evolucao e aunica teoria cientıfica da diversidade biologica. Porem, Amorim [2]relata que seus alunos possuıram algumas dificuldades de entendera construcao de matrizes de caracteres, utilizadas para inferir cla-dogramas.

Para Vieira [6], “A informacao adquiriu importancia economicae a revolucao tecnologica e um dos fatores fundamentais para astransformacoes sociais, culturais, polıticas e economicas da atuali-dade.” Na busca por novas abordagens para o processo de ensinoaprendizado, um meio util para o ensino das mais diversas arease o uso de informatica na educacao. Para Losso e Sartori [11],a educacao foi diretamente atingida por avalanches tecnologicas eteve que se adaptar e se atualizar. Vieira [6] diz que mesmo comas dificuldades enfrentadas no uso de informatica na educacao noBrasil, a decisao polıtica de implantacao da informatica no processoeducacional e um marco importante para promocao de uma culturatecnologica entre alunos, educadores e toda a comunidade escolar.

Oliveira Ludwig e Finco [14] relata que, as TICs na escolatem um papel importante na aprendizagem, pois podem auxiliarna pratica pedagogica e auxiliar no desenvolvimento de habili-dades motoras e cognitivas dos educandos, porem, resaltam quepara evitar a banalizacao do uso do computador, o planejamentopedagogico deve ser bem estruturado, oferecendo aos educandosuma tarefa ativa e permitindo-lhes o despertar de novos objetivos.Silva, Lazzarotto e Tessari [9] apresentam em seu trabalho, algu-mas dificuldades dos alunos, decorrentes do uso de informatica naeducacao, como dificuldades em seguir instrucoes, entre outros, esupoem que essas dispersoes sao causadas pela diversidade de tare-fas realizadas simultaneamente pelos alunos, como exemplo dadopelos autores, verificar e-mail, consultar notas, ler notıcias, conver-sar com os colegas entre tantos outros.

Ha caracterısticas nos jogos que podem auxiliar no processo deensino aprendizagem. Nesse contexto, consideram-se os jogos di-gitais educativos como TICs e podem ser usados nas mais diversasareas do conhecimento. Visando benefıcios proporcionados por jo-gos na educacao, este projeto tem por objetivo desenvolver um jogoeducacional para auxiliar no entendimento de conceitos basicos deSistematica Filogenetica, estudar o processo de construcao de cla-dogramas atraves de matrizes de caracteres e contornar alguns pro-blemas decorrentes do uso de informatica na educacao

2 REFERENCIAL TEORICO

Neste topico discutiremos fundamentos importantes de jogos edu-cacionais, biologia e sistematica filogenetica, alem de trabalhos re-lacionados.

2.1 Sistematica Filogenetica

Amorim [2] divide a Biologia em duas grandes areas, a BiologiaGeral e a Comparada. Segundo o autor, a Biologia Geral explicaos processos biologicos, tentando descrever algum deles da formamais precisa possıvel. Ja a Biologia Comparada analisa carac-terısticas de especies diferentes, buscando semelhancas e diferencasentre elas, e um de seus grandes objetivos e compreender a teoria da

SBC – Proceedings of SBGames 2016 | ISSN: 2179-2259 Culture Track – Short Papers

XV SBGames – São Paulo – SP – Brazil, September 8th - 10th, 2016 1222

evolucao, visto que a essa e a teoria mais aceita para explicar a di-versidade biologica. Guimaraes [8] afirma que o pensamento essen-cialista e simplificador, visto que tal pensamento nega a continui-dade entre os seres vivos, representada pelo seu material genetico epela historia evolutiva, e por ignorar o papel das interacoes entre osseres vivos e meio fısico na origem da biodiversidade.

Para Rodrigues, Justina e Meglhioratti [12], no contexto de aulasdo Ensino Medio, muitas vezes, ha o pensamento essencialista nasaulas de Biologia, nas quais nao se articulam os aspectos evoluti-vos com o estudo das estruturas e processos biologicos. ConformeGuimaraes [8] o ensino de Biologia vem se baseando em um pa-radigma de simplificacao e criacao de tecnicas e macetes para me-morizar conceitos fragmentados para os vestibulares. [Rodrigues,Justina e Meglhioratti [12], atribuem este fato ao carater estrita-mente memorıstico que acompanha estas areas de conhecimentoem livros didaticos e na concepcao de professores e estudantes,onde essa realidade que deve ser combatida, pois os estudos deZoologia e Botanica permitem evidenciar a diversidade dos seresvivos, sendo a Sistematica a base para compreender a diversidade ea organizacao biologica.

Para Guimaraes [8], a Sistematica Filogenetica permite o enten-dimento das relacoes entre os organismos, atraves de caracterısticasque em conjunto determinam uma especie, ou seja, permite identifi-car uma serie de caracterısticas consistentes que fazem com que umgrupo seja valido a luz da teoria evolutiva. No seu trabalho, Gui-maraes [8] elucidou a metafora da Arvore Filogenetica de Darwin,encontrada no livro Origem das Especies, onde representa a biodi-versidade, demonstrando as relacoes de parentesco entre especies eseu aumento numerico ao longo do tempo. Guimaraes [8] concluia importancia desse tipo de representacao na biologia, que pode serusado como ferramenta para melhor entendimento da biodiversi-dade. No contexto educacional, seria interessante fazer com queos alunos tambem entendam como ocorre o processo de construcaodas Arvores Filogeneticas.

2.2 Jogos na Educacao

O uso da informatica na educacao tem se tornado cada vez maisfrequente. Dentre os ramos da informatica encontram-se os jogoseletronicos voltados para a educacao. Os jogos em geral, dispoemferramentas valiosas para potencializar aprendizagem em diversasareas do conhecimento. No mundo, o mercado de jogos eletronicos,segundo uma pesquisa da Newzoo , cresce em media 9% ao ano,no Brasil esse mercado tem crescido de 25% a 30% ao ano, sendoum numero muito expressivo, principalmente se compararmos osultimos 3 anos, crescendo em media 160%, como explica o diretorgeral da Sony Computer Brasil.

Os Jogos criam experiencias significativas, e podem impactar deforma positiva na experiencia educacional dos indivıduos, pois elesfornecem um contexto para a construcao de um sentido mais amplodurante a interacao. Tanto nas escolas como em outros ambientes,os jogos digitais potencializam a participacao e a motivacao dosindivıduos no processo de ensino aprendizagem [7].

Os jogos educacionais possuem muitas vantagens, algumas de-las sao listadas por Martins e Guimaraes[13], como: a adequacaoas limitacoes fısicas naturais dos usuarios, o enriquecimento emanipulacao das informacoes, o conhecimento intuitivo do usuarioa respeito do mundo fısico, o poder de usar o conhecimento ad-quirido para manipularem o ambiente virtual, a possibilidade deo usuario manipular informacoes atraves de experiencias proximasdo real. Para Costa e Ribeiro [5], no ambiente virtual e possıvelcriar a ilusao de mundo que na realidade nao existe, atravesda representacao tridimensional para o usuario, tem potencialpara propiciar um ambiente de educacao como um processo deexploracao, descoberta, observacao e construcao de uma nova visaodo conhecimento, oferecendo ao aprendiz a oportunidade de melhorcompreensao do objeto de estudo. Alem disso, essa tecnologia tem

potencial de colaborar no processo cognitivo do aprendiz, proporci-onando nao apenas a teoria, mas tambem a experimentacao praticado conteudo em questao.

Porem, seu uso ainda recebe certa resistencia por parte deinstituicoes e professores, conforme abordam Hilderbrand [4] eMartins e Guimaraes [13], onde, pelo lado das instituicoes, a di-ficuldade esta na caracterıstica instrucional do processo de ensinoaprendizagem em vigor e, pelo lado dos professores, a dificuldadeesta na resistencia que possuem e o preconceito que observam comos jogos, principalmente, com os jogos digitais e em funcao de suascaracterısticas ludicas, de entretenimento e por serem consideradoscomo sendo atividade desvinculada da realidade, alem de seremrestritas a poucas instituicoes de ensino. Em uma analise ampla,nota-se que isso ocorre devido a disparidade entre o estado da artedessas tecnologias e o tempo necessario de amadurecimento paraser implantada de maneira efetiva, ou seja, disponibilizada de ma-neira facil e com custo acessıvel.

2.3 Trabalhos RelacionadosO trabalho de Souza [16] discorre sobre Calangos, um jogo edu-cacional voltado para o ensino de ecologia e evolucao. O cenariono qual o jogo Calangos se passa e o das dunas do rio Sao Fran-cisco, regiao com clima quente, localizado no semiarido baiano. Oprincipal objetivo do jogador e controlar um ou uma colonia de la-gartos, com o desafio de lutar por sua sobrevivencia, obedecendo ascaracterısticas da especie em um ambiente hostil, chegando a idadeadulta e garantindo a reproducao, vivenciando todos os fatores aosquais estao submetidos, tais como: clima, disponibilidade de ali-mentos e predadores.

Na implementacao foram utilizados a linguagem deprogramacao C++ e o motor de jogos Panda 3D, para suporteas funcionalidades basicas de um jogo 3D, como renderizacao econtrole de eventos entre outras. O jogo Phylogenesis se diferenciapelo fato de ser um jogo 2D, e abordar outro topico dentro daBiologia, a Sistematica Filogenetica.

3 PHYLOGENESIS

Este topico apresenta o caminho escolhido para se chegar ao fimproposto pela pesquisa. Durante a elaboracao do trabalho, foramlevantadas algumas metodologias para desenvolvimento de jogosdigitais, entre elas podemos citar Vianna [18] e Albuquerque e Fia-lho [1].

3.1 Conceito do JogoPhylogenesis e um jogo que busca transmitir conceitos de biologiae evolucao das especies, a partir da contextualizacao desses concei-tos no ambiente do jogo. O foco principal esta na representacao doseventos determinantes para o processo de especiacao (mudancas emum grupo que caracterizam uma nova especie) e da disseminacaoda biodiversidade, como os animais se transformam ao decorrer dotempo. Na maioria das vezes o personagem principal e colocadona posicao de predador, evidenciando para o jogador, por exem-plo, como as caracterısticas dos animais influenciam no processode selecao natural. Tem graficos em duas dimensoes (2D) e suajogabilidade se assemelha a classicos como Mario, mas tambemenvolve raciocınio.

3.2 PlataformaO jogo se dirige a jovens estudantes do ensino medio e ate mesmoalunos dos primeiros perıodos de graduacao em ciencias biologicas.O jogo esta sendo desenvolvido inicialmente para desktop, e teracomo proxima etapa, a adaptacao para dispositivos moveis.

3.3 NarrativaO personagem principal, Claudio, e um jovem de 17 anos, moracom sua famılia na Serra dos Alpes (Nome Fictıcio), uma regiao



de planaltos, no nordeste do Brasil. Seu pai, Doutor Italo, umbiologo muito famoso, desapareceu misteriosamente enquanto co-letava informacoes de especies nativas da fauna brasileira, para quefossem classificadas. A motivacao para que Claudio realize os ob-jetivos propostos no jogo, e o desaparecimento do seu pai.

3.4 O ambiente do JogoO ambiente do jogo e baseado na fusao dos aspectos ambientais eclimaticos do Brasil e os exemplos de evolucao citados na literaturacomo o das mariposas de Manchester [10]. Neste exemplo usamosuma cidade fictıcia com a existencia de arvores e vegetacao rasteira,alem disso, solo rochoso; nas areas urbanizadas existe uma fabricae todos os aspectos de uma vida urbana moderada, semelhante ascidades de medio porte existentes no Brasil. Foi desenvolvido omapa das duas primeiras fases, que abordaram os conceitos de cla-dogenese e especiacao, o conjunto das duas sao responsaveis portransmitir esses conceitos, a segunda fase complementa a primeira.

Figura 1: Prototipo do cenario da primeira fase .

3.5 Personagens3.5.1 PrincipalClaudio, tem como objetivo central encontrar seu pai, para isso teraque explorar ambientes, podendo capturar e derrotar especies en-contradas atraves de acoes simples, estando na maioria das vezesna posicao de predador.

3.5.2 Especies

Figura 2: Cladograma dos Grupos.

As especies e suas interacoes com o personagem principal saofundamentais para a transmissao dos conceitos. Foram formula-dos cinco grupos a serem trabalhados na etapa inicial. Todas ascaracterısticas fenotıpicas foram pensadas para corresponderem asinteracoes do personagem no decorrer do jogo, com fundamentacao

em fenomenos bem conhecidos no ensino de biologia. Como porexemplo, a mudanca de cor que define a diferenca entre o grupo 1e o grupo 2 mostrados na figura 2, baseado no fenomeno das ma-riposas de Manchester [10]. Todas as diferencas encontradas nocladrograma (representacao grafica do grau de parentesco entre asespecies, considerando a ancestralidade ) da figura 2, sao explica-das pela relacao de predacao entre o personagem e as especies e, apartir dessas diferencas, serao repassados conceitos como apomor-fia, plesiomorfia que definem relacoes de parentesco entre grupos apartir dos caracteres semelhantes e diferentes.

3.6 JogabilidadeExistem dois Objetivos Principais: responder perguntas encontra-das nos pergaminhos dispostos no decorrer da fase, e chegar ao finalda fase com uma determinada quantidade de especies capturadas.

Para conseguir cumprir o primeiro objetivo, o jogador terarestricoes e os pergaminhos que estao na fase, contem dicas e con-ceitos. A cada pergaminho capturado o jogador tera uma quanti-dade somada a sua barra de conhecimento, que simboliza o nıvelde conhecimento do player. As perguntas, que tambem podem serencontradas nos pergaminhos, so podem ser respondidas com umdeterminado nıvel mınimo da barra de conhecimento preenchido eexistirao tres nıveis de perguntas, sendo elas de multipla escolha.Quando o player for tocado por alguma das especies, ele perderauma quantidade da sua barra de conhecimento.

Para capturar o animal, o player tera algumas possibilidades.Exemplo: na primeira, na segunda e na terceira fase, ele capturaas especies com as proprias maos, a partir do comando do player;ja na quinta fase, tera que saltar em cima do animal para captura-lo. Essas mudancas na mecanica de captura sao compatıveis com ocomportamento e caracterısticas dos animais.

3.7 Interface, controle e mecanica.Quanto a interface e o controle, usamos como base os jogos deplataformas consagradas, podendo ser controlados a partir do te-clado e do joystick na versao para PC, ao desenvolver o design,optamos por um adaptavel aos dispositivos (touch Screen), ondeos comandos serao implementados como botoes na tela e todasas transmissoes de informacoes serao feitas diretamente atraves datela, sem a necessidade de botoes de atalho. O menu e simplificado,com opcoes de reinicio de fase, mapa do jogo, ajuda, e sair. O jogoficara suspenso enquanto o menu estiver aberto.

3.8 Game FlowNo inicio do jogo, Claudio esta em seu quarto, nesse momentoe apresentada a descricao do personagem e a introducao no con-texto da estoria. Itens graficos indicam como controlar o persona-gem ate fora do quarto. Na cena seguinte, no corredor, ocorre umdialogo entre Claudio e sua mae, onde ela demonstra sua tristeza epreocupacao com a ausencia do seu marido. Em seguida Claudioentra no laboratorio de seu pai, nesse momento e apresentado tudoque se sabe sobre o desaparecimento, detalhes do laboratorio e umaimagem do cladograma representado na figura 2, junto com isso umtexto que relata o trabalho do biologo e pistas do que Claudio devefazer para tentar encontra-lo.

Em seguida sera apresentado um mapa, onde estao representa-das as areas das fases, cada fase se passa em uma cidade diferente,nas cidades 1 e 2 existem exemplares do grupo 4.As duas cidadessao separadas por um rio, assim Claudio vai iniciar o jogo na ci-dade 1, capturando exemplares do grupo 4. O personagem deveracolher os pergaminhos e responder as perguntas, os primeiros per-gaminhos que Claudio encontrar darao informacoes do que ele devefazer para passar de fase, ele devera ter uma quantidade mınima depergaminhos para poder responder as perguntas e capturar os ani-mais. O mesmo ocorre na segunda fase, com excecao de algumasinstrucoes iniciais que nao estarao nos pergaminhos.



3.9 Aspectos EducacionaisAo final da segunda fase, sera apresentada uma relacao das especiescapturadas por Claudio na primeira e segunda fase e como a acaodele como predador foi determinante para a mudanca da carac-terıstica fenotıpica daquele grupo, que juntamente com a separacaogeografica dos exemplares (cladogenese) ocorreu uma especiacao.As fases seguintes compartilham do mesmo princıpio, mas a me-dida que Claudio passar de fase e a quantidade de grupos explora-dos por ele for maior, outros conceitos como apomorfia, plesiomor-fia, simplesiomorfia, sinapomorfia e reversao, vao ser transmitidospara o jogador. As respostas das perguntas feitas para o jogadoratraves dos pergaminhos, serao armazenadas, podendo ser usadaspara diagnostico pelo professor.

4 DISCUSSOES

Um dos desafios encontrados foi a adaptacao do conteudo da dis-ciplina a uma narrativa e mecanica atraentes, capazes de envol-ver o estudante. O uso de um contexto emotivo foi usado para aconstrucao da narrativa, que relatou o desaparecimento e o perfil dopai do personagem, servindo para introduzir a biologia no contextodo jogo. O processo de desenvolvimento da mecanica e do fluxodo jogo se deu de forma mais complexa, devido a subjetividade dofenomeno que se desejava explicar. Porem, uma solucao encontradafoi o uso de exemplos descritos em livros didaticos, pois geralmentesao mais simples e com poucas variaveis envolvidas. Dessa forma,substituindo oportunamente o indivıduo contido nesses exemplos,pelo personagem principal, conseguimos inserir o jogador no con-texto.

O jogo esta em fase de desenvolvimento, o Software Unity 3Dcom a linguagem C#, estao sendo utilizadas para a construcao. Aescolha dessa ferramenta se deu pelo fato de possibilitar um de-senvolvimento mais agil e com uma grande quantidade de mate-rial de apoio existente. Apos a fase de desenvolvimento inici-aremos as avaliacoes do jogo, que se darao da seguinte forma:definicao de termo de consentimento, questionario pre-teste, ondedevemos coletar informacoes do indivıduo que possam influenciarna sua interacao com o jogo, tais como, caracterısticas pessoais,experiencias anteriores com tecnologia e conhecimento sobre o as-sunto.

Apos a utilizacao do jogo, ainda na fase de avaliacao, seraaplicada uma entrevista pos-teste, para coletar informacoes sobreopiniao e aprendizado dos participantes. Durante a avaliacao, osalunos receberao instrucoes sobre as tarefas a serem realizadas.Os avaliadores deverao cronometrar o tempo necessario que o in-divıduo levara para executar a tarefa. O ambiente de teste sera umlaboratorio de informatica. Antes da aplicacao, sera realizado umteste-piloto, para diagnosticar possıveis problemas e verificar seo planejamento foi eficiente. E, na aplicacao, os avaliadores de-verao garantir que todos os participantes tenham recebido as mes-mas instrucoes [3].

5 CONSIDERACOES FINAIS

Este trabalho apresentou uma proposta de jogo educacional coma tematica voltada para as ciencias biologicas, biodiversidade eevolucao das especies, com a finalidade de tornar o ensino dessestopicos mais efetivo e atrativo. A construcao de um jogo, em parti-cular um jogo educacional, e um trabalho arduo, no entanto muitomotivador. Trabalhar com gamificacao de um contexto cientıficoenvolve um alto grau de complexidade. Alem disso, deve-se consi-derar o fato de que e o primeiro contato da equipe com a criacao dejogos, o que torna esse trabalho ainda mais desafiador.

O uso do GDD ( Game Design Document) foi essencial paraa etapa de design. Atualmente o jogo realiza a movimentacao dopersonagem, inteligencia de movimentacao dos animais, interacaodo personagem com os pergaminhos, isso implementado em umprototipo da primeira fase. Para tornar a utilizacao do jogo viavel, e

necessario completar alguns aspectos de pontuacao, implementacaoda arte final, sonorizacao e adicionar as funcoes de interface como usuario na HUD. A partir dai sera feita a avaliacao da primeirafase do jogo e, dessa forma, o resultado podera indicar falhas quepodem ser evitadas na implementacao das proximas fases.

REFERENCIAS

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vier, 2010.[4] R. S. Contreras, J. L. Eguıa, H. R. Hildebrand, et al. Aprendizagem

baseada em jogos digitais entrevistas com professores que utilizamjogos digitais em suas praticas educativas. 2013.

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